JPH0660016B2 - 複合ペロブスカイト型化合物の製造方法 - Google Patents

複合ペロブスカイト型化合物の製造方法

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JPH0660016B2
JPH0660016B2 JP61057209A JP5720986A JPH0660016B2 JP H0660016 B2 JPH0660016 B2 JP H0660016B2 JP 61057209 A JP61057209 A JP 61057209A JP 5720986 A JP5720986 A JP 5720986A JP H0660016 B2 JPH0660016 B2 JP H0660016B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンデンサ材料その他のセラミック材料とな
る、複合ペロブスカイト型化合物の製造方法に関するも
のである。
従来の技術 近年、セラミックス原料粉末の製造方法として、金属ア
ルコキシドの加水分解法が注目されるようになった。こ
れは、M(OR)n(Mはn価をとる金属原子、Rはアル
キル基)で表される金属アルコキシドが、水と反応し、
次式に従って、金属酸化物あるいは水酸化物とアルコー
ルを生成する事を利用したものである。
2M(OR)n+nHO →2MOn/2+2nROH M(OR)n+nHO →M(OH)n+nROH この方法により合成されたTiOやSiO粉末は、
微粒子で粒度分布が狭く、かつ高純度なため、セラミッ
クス原料粉末として優れた特性を有している。
また、2種類以上の金属アルコキシドの混合溶液の加水
分解により、2種類以上の金属を含む酸化物の合成もな
されている。例えば、ペロブスカイト型構造をとるBa
TiOは、BaアルコキシドとTiアルコキシドを
1:1のモル比で有機溶媒に溶解し、これに水を滴下し
て加水分解させる事により合成される(特開昭57−8
2119号公報)。従来の、BaCOとTiOを混
合して仮焼する方法では、BaTiOの合成には、1
000℃程度の温度が必要であるが、この金属アルコキ
シドの加水分解法では、溶液の温度を60〜70℃とす
る事により、得られる BaTiOは結晶性となる。このため、従来法に比
べ、ボールミル等による混合時の不純物の混入がなく、
また、高温度での熱処理による、粒径の増加、表面活性
の低下等も生じないなど、多くの利点があった。
2種類以上の金属を含む酸化物で、同様の方法で結晶性
粉末として合成可能なものには、 SrTiO,Ba(Ti1-XZrX)O, BaZrO,(Ba1-XSrX)TiO等の、ペロブ
スカイト型化合物あるいはその固溶体、MnFe
,(Mn1-XZnx)Fe,NiFe
等のフェライト化合物、 SrGeO,PbGeO,ZnGeO等のゲルマ
ン酸塩、PbWO,SrAs等が知られてい
る。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら、同じペロブスカイト型構造をとる化合物
でも、化学式A(B,C)O(A,B,Cはそれぞ
れp,q,r価をとる金属原子であり、x+y=1、q
≠r、xq+yr=6−p)で表される、複合ペロブス
カイト型化合物を合成すると、通常用いられてきた方法
では、アモルファス状態の粉末しか合成できず、これを
結晶化させるためには、500〜700℃近い温度まで
加熱する事が必要であり、超微粒子の低温合成の長所が
十分生かせていなかった。
問題点を解決するための手段 本発明は化学式A(Bx,Cy)Oで表される(x+y
=1,xq+yr=6−p)結晶性複合ペロブスカイト
型化合物の製造方法であって、3種類の金属アルコキシ
ド、A(OR)p,B(OR)q,C(OR)rをそ
れぞれa,b,cモル秤量し(A,B,Cはそれぞれ
p,q,r価をとる金属原子、q≠r、R、R,R
はアルキル基)、これを非極性有機溶媒をz体積パー
セント、極性有機溶媒を(100−z)体積パーセント
(0≦z≦100)含む有機溶媒と混合し、これに水ま
たは水と有機溶媒の混合溶液を、水の量が(8−0.0
65z)×(ap+bq+cr)モル以上となるように加
えて金属アルコキシドを加水分解させ、さらに、すくな
くとも、加水分解反応中または反応後に、水・有機溶媒
共存下で85℃以上に加熱し、その後、溶媒を除去する
事を特徴とする。
作用 複合ペロブスカイト型化合物の合成条件のうち、有機溶
媒の種類と水の添加量、溶液加熱温度を上記のように選
択する事により、従来は不可能とされていた、結晶性複
合ペロブスカイト型化合物粉末の合成が可能となる。す
なわち、前者の条件により加水分解反応が十分に進行
し、後者の条件により、結晶化が進行する。
実施例 発明者等の研究によると、金属アルコキシドによる複合
ペロブスカイト型化合物の合成には、加水分解反応が充
分に進行しているという条件と、加水分解反応中あるい
は反応後に、ある程度の温度以上まで加熱する事によ
り、結晶成長を生じせしめるという、2つの条件が同時
に満たされる事が必要である。加水分解反応を充分に進
行させるためには、添加水量を大過剰にするか、非極性
溶媒を用いれば良く、溶媒中の非極性溶媒量に応じて、
結晶性沈殿生成に必要な添加水量が決定される。添加水
量が多すぎると、金属としてアルカリ、アルカリ土類金
属等を含む場合、その水酸化物の水に対する溶解度が大
きいために金属イオンが溶出し、組成ずれが生じる。従
って、実際には、出来るだけ非極性溶媒を多く含む系、
(望ましくは非極性溶媒の体積パーセントが95〜10
0パーセント)とし、少量の水で加水分解する方が良
い。
非極性溶媒を用いる事による、加水分解反応促進の理由
は、非極性溶媒がアルコールには溶解するが、水と相溶
性がほとんど無いために、水を添加した場合、系中に部
分的に水の濃度が極めて高い場所が生じ、そこで加水分
解が急激に進行するためと考えられる。また、添加水量
増加による加水分解促進効果も、同様に、系中における
水濃度の増加によると考えられる。
しかしこのようにして加水分解が充分に進んだ場合で
も、温度が80℃以下では、沈殿は前駆体状態でアモル
ファスであり、そのまま低温で乾燥させてしまうと、結
晶質の沈殿は得られず、また、乾燥後に加熱しても、結
晶質とはなりにくい。結晶化のためには、少なくとも、
加水分解反応中または反応後で乾燥前に、85℃以上の
温度まで加熱する事が必要である。
なお、ここでいう非極性溶媒とは、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、エチルベンゼン、n−ヘキサン等の、水
との相溶性が極めて低い有機溶媒の事であり、、極性溶
媒とは、メタノール、エタノール、n−プロパノール、
イソプロパノール、n−ブタノール等の、水との相溶性
が高い有機溶媒の事である。
以下、典型的な複合ペロブスカイト型化合物である、B
a(Zn1/3 Ta2/3 )Oを例にとって実施例の説明
を行う。
実施例1 Baイソプロポキシド、Taイソプロポキシド、Znイ
ソプロポキシドを、Ba:Zn:Ta=3:1:2とな
るように、それぞれ0.012mol,0.004mo
l,0.008mol秤量し、これをキシレンとイソプ
ロピルアルコールの混合溶液を120mlに混合してフ
ラスコに入れ、このフラスコをオイルバス中にセット
し、N気流中で75℃で2時間加熱還流した。これ
に、攪拌しながら、水/イソプロピルアルコール1:1
混合溶液を、水の量を種々変化させて加えた後、オイル
バスの温度を120℃まで上げて加熱還流した。得られ
た沈殿を遠心分離機により分離し、120℃で乾燥して
粉末とした。このように合成した粉末のX線回折測定を
行った。その結果を第1表に示した。
第1表より明らかなように、溶媒を非極性有機溶媒であ
るキシレンのみとした場合には、水の添加量を0.10
8モル、すなわち、Baイソプロポキシド、Znイソプ
ロポキシド、Taイソプロポキシドが、添加した水すべ
てと反応し、加水分解してすべて水酸化物となるように
必要な水量の1.5倍以上加えるだけでBa(Zn1/3
Ta2/3)Oの結晶相が生成し始めるが、キシレンを
減らして、極性有機溶媒であるイソプロピルアルコール
を増やしていくと、結晶相生成のために必要な水の添加
量が増大し、イソプロピルアルコール100%では、8
倍以上となる0.576モルの添加が必要であった。ま
た、いずれの溶媒系でも、水の添加量が増加しすぎる
と、生成する沈殿の結果性が低下するが、これは、過剰
の水にBaイソプロポキシドの加水分解生成物であるB
a(OH)が溶解するためと考えられる。
実施例2 Baイソプロポキシド、Taエトキシド、Znn−プロ
ポキシドを、Ba:Zn:Ta=3:1:2となるよう
に、それぞれ0.006mol,0.002mol,
0.004mol秤量し、これをベンゼン120mlに
混合し、N気流中で65℃で2時間加熱還流した。こ
れに、攪拌しながら、水/エタノール1:4混合溶液を
水の量が0.108モルとなるように添加し、65℃で
1時間加熱還流した。得られた沈殿をとり、湿った状態
のままX線回折にかけたところ、アモルファス状態であ
った。そこで得られた沈殿を遠心分離機にかけて溶媒の
大部分と分離し、次に湿った状態のまま、ろ紙の上に取
り出し、上からも、ろ紙を重ね、さらにこれを硫酸紙で
包んだ。同じものを6つ用意し、それぞれ40℃、60
℃、80℃、85℃、90℃、110℃にセットした乾
燥機中で16時間乾燥させて粉末とした。これらの粉末
のX線回折測定を行ったところ、40℃および60℃で
乾燥させたものは、アモルファス相とBa(OH)・n
Oの回折ピークが観察された。80℃で乾燥させた
ものはアモルファス相であった。85℃で乾燥させたも
のは、非常にブロードではあるが、Ba(Zn1/3 Ta
2/3の結晶相の回折ピークが観察された。90℃以
上の温度で乾燥させたものは、結晶相が生成していた。
110℃で乾燥させたものについてBET法およびX線
回折法により粒径を求めたところ、約0.04ミクロン
であった。
次に、反応条件について少し説明する。金属アルコキシ
ド/有機溶媒の混合比率は、低くするほど、生じる沈殿
の結晶性が悪くなり、逆に、高くするほど結晶性は良く
なるが、高くしすぎると、生成する沈殿の取り扱いがし
にくくなる。添加する水については、添加速度が大きい
ほど、生じる沈殿の結晶性が良くなる。添加する水を極
性有機溶媒で希釈する場合には、この添加速度の変化に
は注意する必要があるが、希釈のための極性有機溶媒が
反応系中に入る事による効果は、加水分解反応以前にあ
らかじめ入っている事による効果に比べて小さいので、
少量であれば無視しても良い。また、水を蒸気として加
えたり、あるいは、水に、金属アルコキシド−有機溶媒
混合液を滴下するなどの方法でも、合成可能である。
次に、極性溶媒を多く含む系においても、添加する水の
量を増やす事により、結晶性の沈殿を生じせしめる事は
可能であるが、既に述べたように、添加水量が多すぎる
と、金属としてアルカリ、アルカリ土類金属等を含む場
合、その水酸化物の水に対する溶解度が大きいために金
属イオンが溶出し、結晶性の低下や組成ずれが生じる。
これをふせぐために、あらかじめその金属のアルコキシ
ドだけを、本来の配合組成よりも多めに加えておく方法
や、他の添加物によりpHを調整し、溶解度を低下させ
る方法もも可能であるが、反応のコントロールがよりむ
づかしくなるので、出来るだけ非極性溶媒を多く含む系
とし、少量の水で加水分解するのが望ましい。
発明の効果 本発明は、3種類の金属アルコキシド、A(OR
p,B(OR)q,C(OR)rをそれぞれa,
b,cモル秤量し(A,B,Cはそれぞれp,q,r価
をとる金属原子、q≠r、R,R,Rはアルキル
基)、これを非極性有機溶媒z体積パーセント、極性有
機溶媒(100−z)体積パーセント(0≦z≦10
0)含む有機溶媒と混合し、これに水または水と有機溶
媒の混合溶液を、水の量が(8−0.065z)×(a
p+bq+cr)モル以上となるように加えて金属アル
コキシドを加水分解させ、さらに、少なくとも、加水分
解反応中または反応後に、水・有機溶媒共存下で85℃
以上に加熱し、その後、溶媒を除去する事を特徴とす
る。本製造法によれば、従来の固相法によるものや、さ
らに、一般に行われている金属アルコキシドを用いた加
水分解に比べても、500〜900℃低い温度で、結晶
性の複合ぺロブスカイト型化合物を製造する事が可能で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】3種類の金属アルコキシド、A(OR)
    p,B(OR)q,C(OR)rをそれぞれa,b,c
    モル秤量し(A,B,Cはそれぞれp,q,r価をとる
    金属原子、q≠r、R,R,Rはアルキル基)、
    これを非極性有機溶媒をz体積パーセント、極性有機溶
    媒を(100−z)体積パーセント(0≦z≦100)
    含む有機溶媒と混合し、これに水または水と有機溶媒の
    混合溶液を、水の量が(8−0.065z)×(ap+
    bq+cr)モル以上となるように加えて金属アルコキ
    シドを加水分解させ、さらに、少なくとも、加水分解反
    応中または反応後に、水・有機溶媒共存下で85℃以上
    に加熱し、その後、溶媒を除去する事により、化学式A
    (Bx,Cy)Oで表され(x+y=1,xq+yr=
    6−p)、結晶性を有する化合物を得ることを特徴とす
    る複合ペロブスカイト型化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】Aがアルカリ土類金属、BおよびCがM
    g,Zn,Nb,Ta,Co,Niから選択された元素
    である特許請求の範囲第1項記載の複合ペロブスカイト
    型化合物の製造方法。
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